第五章 三元合金相图(习题)
第五章 三元合金相图
第五章 三元合金相图1 根据Fe －C －Si 的3.5%Si 变温截面图（5－1），写出含0.8%C 的Fe-C-Si 三元合金在平衡冷却时的相变过程和1100℃时的平衡组织。
图5－12 图5－2为Cu-Zn-Al 合金室温下的等温截面和2%Al 的垂直截面图，回答下列问题：1） 在图中标出X 合金（Cu-30%Zn-10%Al ）的成分点。
2） 计算Cu-20%Zn-8%Al 和 Cu-25%Zn-6%Al 合金中室温下各相的百分含量，其中α相成分点为Cu-22.5%Zn-3.45%Al ，γ相成分点为Cu-18%Zn-11.5%Al 。
3） 分析图中Y 合金的凝固过程。
Y％图5－23 如图5－3是A-B-C 三元系合金凝固时各相区，界面的投影图，A 、B 、C 分别形成固溶体α、β、γ。
1） 写出P p ''，P E '1和P E '2单变量线的三相平衡反应式。
2） 写出图中的四相平衡反应式。
3） 说明O 合金凝固平衡凝固所发生的相变。
图5－3 图5－44 图5－4为Fe-W-C三元系的液相面投影图。
写出e1→1085℃，P1→1335℃，P2→1380℃单变量线的三相平衡反应和1700℃，1200℃，1085℃的四相平衡反应式。
I，II，III三个合金结晶过程及室温组织，选择一个合金成分其组织只有三元共晶。
5 如图5－5为Fe-Cr-C系含13%Cr的变温截面１）大致估计2Cr13不锈钢的淬火加热温度（不锈钢含碳量０.２％, 含Cr量13％）２）指出Cr13模具钢平衡凝固时的凝固过程和室温下的平衡组织（Cr13钢含碳量2%）３）写出（１）区的三相反应及７９５ 时的四相平衡反应式。
图5－5 图5－66 如图5－6所示，固态有限溶解的三元共晶相图的浓度三角形上的投影图，试分析IV区及VI区中合金之凝固过程。
写出这个三元相图中四相反应式。
图5－77 分析如图5－7所示的三元相图，该合金中E 点成分为27Pb18Sn55Bi ，γ相成分取100％Bi 。
材料科学基础试题及答案
第一章 原子排列与晶体结构1. fcc 结构的密排方向是 ，密排面是 ，密排面的堆垛顺序是 ，致密度为 ，配位数是 ,晶胞中原子数为 ，把原子视为刚性球时，原子的半径r 与点阵常数a 的关系是 ；bcc 结构的密排方向是 ，密排面是 ,致密度为 ,配位数是 ,晶胞中原子数为 ，原子的半径r 与点阵常数a 的关系是 ；hcp 结构的密排方向是 ，密排面是 ，密排面的堆垛顺序是 ，致密度为 ，配位数是 ,，晶胞中原子数为 ，原子的半径r 与点阵常数a的关系是 。
2. Al 的点阵常数为0.4049nm ，其结构原子体积是 ，每个晶胞中八面体间隙数为 ，四面体间隙数为 。
3. 纯铁冷却时在912ε 发生同素异晶转变是从 结构转变为 结构，配位数 ，致密度降低 ，晶体体积 ，原子半径发生 。
4. 在面心立方晶胞中画出）（211晶面和]211[晶向，指出﹤110﹥中位于（111）平面上的方向。
在hcp 晶胞的（0001）面上标出）（0121晶面和]0121[晶向。
5. 求]111[和]120[两晶向所决定的晶面。
6 在铅的（100）平面上，1mm 2有多少原子？已知铅为fcc 面心立方结构，其原子半径R=0.175×10-6mm 。
第二章 合金相结构一、 填空1） 随着溶质浓度的增大，单相固溶体合金的强度 ，塑性 ，导电性 ，形成间隙固溶体时，固溶体的点阵常数 。
2） 影响置换固溶体溶解度大小的主要因素是（1） ；（2） ；（3） ；（4） 和环境因素。
3） 置换式固溶体的不均匀性主要表现为 和 。
4） 按照溶质原子进入溶剂点阵的位置区分，固溶体可分为 和 。
5） 无序固溶体转变为有序固溶体时，合金性能变化的一般规律是强度和硬度 ，塑性 ，导电性 。
6）间隙固溶体是 ，间隙化合物是 。
二、 问答1、 分析氢，氮，碳，硼在α-Fe 和γ-Fe 中形成固溶体的类型，进入点阵中的位置和固溶度大小。
已知元素的原子半径如下：氢：0.046nm ，氮：0.071nm ，碳：0.077nm ，硼：0.091nm ，α-Fe ：0.124nm ，γ-Fe ：0.126nm 。
《材料科学基础》习题
1
2．固态下完全不互溶的三元共晶相图如图6-2所示，画出过Am、PQ的垂直截面。若三组元的熔点tA＞tB＞tC，请画出tB ＜t＜tA温度下的水平截面。
3．液相面投影图如图6-3，分析O合金的结晶过程，画出冷却曲线、结晶示意图、注明反应式，并计算室温下组织组成物的相对量。
4．液相面投影图如图6-4，请写出全部四相平衡转变。
4．计算面心立方结构（111）、（110）与（100）面的面密度和面间距。
5．FeAl是电子化合物，具有体心立方点阵，试画出其晶胞，计算电子浓度，画出（112）面原子排列图。
6．合金相VC、Fe3C、CuZn、ZrFe2属于何种类型，并指出其结构特点。
第二章 晶体缺陷
1．铜的空位生成能1.7×10-19J，试计算1000℃时，1cm3铜所包含的空位数，铜的密度8.9g/cm3，相对原子质量63.5，玻尔兹曼常数K=1.38×10-23J/K。
1．何为成份过冷？影响成份过冷的因素有那些？试述区域提纯的原理。
2．简述枝晶偏析形成过程和消除方法。
3．分析0.45%C，1.2%C和2.3%C 的铁碳合金的平衡结晶过程，计算室温下组织组成 物的相对量及两相相对量。
4．根据显微组织分析，一灰口铁内石墨的体积占12%，铁素体的体积占88%，试求该合金的碳含量。
如图2-1所示的位错环，说明各段位错的性质，并指出刃位错多余半原子面的位置。
2．如图2-2，某晶体滑移面上有一个 柏氏矢量为b的位错环，受到均匀切应力τ作用，试分析：
该位错环各段位错的结构类型；
求各段位错所受的力；
在τ的作用下，位错环将如何运动？
在τ的作用下，位错环稳定不动，其最小半径应该多大？
《金属学与热处理》第二版课后习题参考答案
金属学与热处理第一章习题1.作图表示出立方晶系（1 2 3）、（0 -1 -2）、（4 2 1）等晶面和[-1 0 2]、[-2 1 1]、[3 4 6] 等晶向3.某晶体的原子位于正方晶格的节点上，其晶格常数a=b≠c，c=2/3a。
今有一晶面在X、Y、Z坐标轴上的截距分别是5个原子间距，2个原子间距和3个原子间距，求该晶面的晶面参数。
解：设X方向的截距为5a，Y方向的截距为2a，则Z方向截距为3c=3X2a/3=2a，取截距的倒数，分别为1/5a，1/2a，1/2a化为最小简单整数分别为2,5,5故该晶面的晶面指数为（2 5 5）4.体心立方晶格的晶格常数为a，试求出（1 0 0）、（1 1 0）、（1 1 1）晶面的晶面间距，并指出面间距最大的晶面解：（1 0 0）面间距为a/2，（1 1 0）面间距为√2a/2，（1 1 1）面间距为√3a/3三个晶面晶面中面间距最大的晶面为（1 1 0）7.证明理想密排六方晶胞中的轴比c/a=1.633证明：理想密排六方晶格配位数为12，即晶胞上底面中心原子与其下面的3个位于晶胞内的原子相切，成正四面体，如图所示则OD=c/2，AB=BC=CA=CD=a因△ABC是等边三角形，所以有OC=2/3CE由于(BC)2=(CE)2+(BE)2则有(CD)2=(OC)2+(1/2c)2，即因此c/a=√8/3=1.6338.试证明面心立方晶格的八面体间隙半径为r=0.414R解：面心立方八面体间隙半径r=a/2-√2a/4=0.146a面心立方原子半径R=√2a/4，则a=4R/√2，代入上式有R=0.146X4R/√2=0.414R9.a）设有一刚球模型，球的直径不变，当由面心立方晶格转变为体心立方晶格时，试计算其体积膨胀。
b）经X射线测定，在912℃时γ-Fe的晶格常数为0.3633nm，α-Fe的晶格常数为0.2892nm，当由γ-Fe转化为α-Fe时，求其体积膨胀，并与a）比较，说明其差别的原因。
课堂讨论题(相图部分)
课堂讨论题相图部分一、Fe-Fe3C相图中有五种形状不同的Fe3C。
1.按照生成温度从高到低，它们依次是什么？2.各自生成的条件是什么？3.从形状、大小、数量、分布等特征，分析它们对铁碳合金力学性能的影响。
二、指出下图所示A-B二元相图中的错误之处，用相律说明理由，并加以改正。
三、下图是Cd-Cu-Ag三元合金相图的液相面投影图。
1.图中a、b、c、d点的液相所发生的四相平衡反应的名称、反应式各是什么？2.a、b、c、d点成分的合金是否能发生上述相应的四相平衡反应？为什么？四、下图是Cd-Ag-Zn三元系400℃的等温截面图。
1. 如何确定图中F点合金在该温度平衡相的成分？所用方法的依据是什么？2. 对于上题，教材中所介绍的“连线法则”实用吗？为什么？你有什么更好的方法吗？3.图中O点合金在该温度的平衡相的成分是什么？五、Co-Sb平衡相图如下图所示。
1. 写出图中1118℃、～1065℃、936℃、874℃、629℃、422℃、～377℃水平线的名称；2. 写出图中固态单相的相结构类型，并写出其中化合物的化学式；=90%的合金在200℃时的平衡相，并计算相组成物的相对量；3. 写出WSb4. 写出W=90%的合金在200℃时的平衡组织，并计算组织组成物的相对量。
Sb六、某三元合金相图的四相平衡平面如下图所示。
1. 计算A合金在该四相反应过程中．．．．．．．所生成的β相在合金中所占的质量分数。
2. 能使该四相反应中反应相耗尽的是哪些成分的合金？Array C合金系中各相的自由能-成分曲线，并以此图阐述七、示意画出750℃时Fe-Fe3该温度时合金系中的相平衡状态。
八、根据下图所示的投影图（教材中图5-114a），示意画出其立体图。
第五章 三元合金相图
变温截面同二元相图的区别: 变温截面同二元相图的区别
根据三元固溶体合金结晶时的蝴蝶形规律,在两相平衡时 根据三元固溶体合金结晶时的蝴蝶形规律 在两相平衡时, 平衡相的成分点 在两相平衡时 不是落在一个垂直面上. 因此,变温截面的液 变温截面的液(固 相线不能表示平衡相的成分 相线不能表示平衡相的成分, 不是落在一个垂直面上 因此 变温截面的液 固)相线不能表示平衡相的成分 不能应用杠杆定律计算相的相对含量. 不能应用杠杆定律计算相的相对含量
五.投影图 投影图
5.4 三元共晶相图 一.组元在固态完全不溶的共晶相图 组元在固态完全不溶的共晶相图 (一).相图分析 一 相图分析
液相面（ 个）；固相面 个）；二元共晶点 固相面（ 二元共晶点(线 条）；二元共晶面 个 二元共晶面（ 液相面（3个）；固相面（1个）；二元共晶点 线3条）；二元共晶面（6个）； 三元共晶点(面 个 三元共晶点 面1个).
注意:在同一温度下 尽管三元合金的液相和固相成分的连接线是条水平线, 注意 在同一温度下, 尽管三元合金的液相和固相成分的连接线是条水平线 在同一温度下 但是,液相和固相成分的变化轨迹不在同一个平面上 液相和固相成分的变化轨迹不在同一个平面上. 但是 液相和固相成分的变化轨迹不在同一个平面上
等温截面(水平截面 三.等温截面 水平截面 在某一温度下的状态 等温截面 水平截面): 在某一温度下的状态. 单相区, 两相区, 相等温线(或者称 相线). 单相区 两相区 液(固)相等温线 或者称 液(固)相线 固 相等温线 或者称:液 固 相线
三个液相面、六个二元功晶面、 三个液相面、六个二元功晶面、一个三元 共晶面将相图分成九个相区： 共晶面将相图分成九个相区： 液相区： L 液相区： 两相区：（ ：（L+A、L+B、L+C） 两相区：（ 、 、 ） 三相区：（ ：（L+A+B、L+B+C、L+C+A） 三相区：（ 、 、 ） 三相区：（ ：（A+B+C） 三相区：（ ） 四相区：（ ：（L+A+B+C） 四相区：（ ）
中南大学材料科学基础课后习题答案
中南大学材料科学基础课后习题答案(总12页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--第一章 原子排列与晶体结构1. [110]， (111)， ABCABC…， ， 12 , 4 ， a r 42=； [111]， (110) , , 8 , 2 ， a r 43= ； ]0211[， (0001) ， ABAB ， ， 12 ， 6 ， 2a r =。
2.， 4 ， 8 。
3.FCC ， BCC ，减少 ，降低 ，膨胀 ，收缩 。
4.解答：见图1－1 5. 解答：设所决定的晶面为（hkl ），晶面指数与面上的直线[uvw]之间有hu+kv+lw=0，故有：h+k-l=0,2h-l=0。
可以求得（hkl ）＝（112）。
6 解答：Pb 为fcc 结构，原子半径R 与点阵常数a 的关系为a r 42=，故可求得a ＝×10-6mm 。
则（100）平面的面积S ＝a 2＝×0-12mm 2，每个（100）面上的原子个数为2。
所以1 mm 2上的原子个数s n 1=＝×1012。
第二章 合金相结构一、 填空1） 提高，降低，变差，变大。
2） （1）晶体结构；（2）元素之间电负性差；（3）电子浓度 ；（4）元素之间尺寸差别3） 存在溶质原子偏聚 和短程有序 。
4） 置换固溶体 和间隙固溶体 。
5） 提高 ，降低 ，降低 。
6） 溶质原子溶入点阵原子溶入溶剂点阵间隙中形成的固溶体，非金属原子与金属原子半径的比值大于时形成的复杂结构的化合物。
二、 问答1、 解答： -Fe 为bcc 结构，致密度虽然较小，但是它的间隙数目多且分散，间隙半径很小，四面体间隙半径为，即R ＝，八面体间隙半径为，即R ＝。
氢，氮，碳，硼由于与-Fe 的尺寸差别较大，在-Fe 中形成间隙固溶体，固溶度很小。
-Fe 的八面体间隙的[110]方向R= Ra ，间隙元素溶入时只引起一个方向上的点阵畸变，故多数处于-Fe 的八面体间隙中心。
材料科学与工程基础习题答案 (1)
第一章 原子排列与晶体结构1.[110]， (111)， ABCABC…， 0.74 ， 12 , 4 ， a r 42=； [111]， (110) , 0.68 , 8 , 2 ， a r 43= ；]0211[， (0001) ， ABAB ， 0.74 ， 12 ， 6 ， 2a r =。
2. 0.01659nm 3 ， 4 ， 8 。
3. FCC ， BCC ，减少 ，降低 ，膨胀 ，收缩 。
4. 解答：见图1－15.解答：设所决定的晶面为（hkl ），晶面指数与面上的直线[uvw]之间有hu+kv+lw=0，故有： h+k-l=0,2h-l=0。
可以求得（hkl ）＝（112）。
6 解答：Pb 为fcc 结构，原子半径R 与点阵常数a 的关系为ar 42=，故可求得a ＝0.4949×10-6mm 。
则（100）平面的面积S ＝a 2＝0.244926011×0-12mm 2，每个（100）面上的原子个数为2。
所以1 mm 2上的原子个数s n 1=＝4.08×1012。
第二章合金相结构一、 填空1） 提高，降低，变差，变大。
2） （1）晶体结构；（2）元素之间电负性差；（3）电子浓度 ；（4）元素之间尺寸差别 3） 存在溶质原子偏聚 和短程有序 。
4） 置换固溶体 和间隙固溶体 。
5） 提高 ，降低 ，降低 。
6） 溶质原子溶入点阵原子溶入溶剂点阵间隙中形成的固溶体，非金属原子与金属原子半径的比值大于0.59时形成的复杂结构的化合物。
二、 问答1、 解答： α-Fe 为bcc 结构，致密度虽然较小，但是它的间隙数目多且分散，间隙半径很小，四面体间隙半径为0.291Ra ，即R ＝0.0361nm ，八面体间隙半径为0.154Ra ，即R ＝0.0191nm 。
氢，氮，碳，硼由于与α-Fe 的尺寸差别较大，在α-Fe 中形成间隙固溶体，固溶度很小。
材料科学与工程基础习题
材料科学与⼯程基础习题第⼀章原⼦排列与晶体结构1. fcc 结构的密排⽅向是，密排⾯是，密排⾯的堆垛顺序是，致密度为，配位数是 ,晶胞中原⼦数为，把原⼦视为刚性球时，原⼦的半径r 与点阵常数a 的关系是；bcc 结构的密排⽅向是，密排⾯是 ,致密度为 ,配位数是 ,晶胞中原⼦数为，原⼦的半径r 与点阵常数a 的关系是；hcp 结构的密排⽅向是，密排⾯是，密排⾯的堆垛顺序是，致密度为，配位数是 ,，晶胞中原⼦数为，原⼦的半径r 与点阵常数a 的关系是。
2. Al 的点阵常数为0.4049nm ，其结构原⼦体积是，每个晶胞中⼋⾯体间隙数为，四⾯体间隙数为。
3. 纯铁冷却时在912℃发⽣同素异晶转变是从结构转变为结构，配位数，致密度，晶体体积，原⼦半径发⽣。
4. 在⾯⼼⽴⽅晶胞中画出）（211晶⾯和]211[晶向，指出﹤110﹥中位于（111）平⾯上的⽅向。
在hcp 晶胞的（0001）⾯上标出）（0121晶⾯和]0121[晶向。
5. 求]111[和]120[两晶向所决定的晶⾯。
6 在铅的（100）平⾯上，1mm 2有多少原⼦？已知铅为fcc ⾯⼼⽴⽅结构，其原⼦半径R=0.175×10-6mm 。
第⼆章合⾦相结构⼀、填空1）随着溶质浓度的增⼤，单相固溶体合⾦的强度，塑性，导电性，形成间隙固溶体时，固溶体的点阵常数。
2）影响置换固溶体溶解度⼤⼩的主要因素是（1）；（2）；（3）；（4）和环境因素。
3）置换式固溶体的不均匀性主要表现为和。
4）按照溶质原⼦进⼊溶剂点阵的位置区分，固溶体可分为和。
5）⽆序固溶体转变为有序固溶体时，合⾦性能变化的⼀般规律是强度和硬度，塑性，导电性。
6）间隙固溶体是，间隙化合物是。
⼆、问答1、分析氢，氮，碳，硼在α-Fe 和γ-Fe 中形成固溶体的类型，进⼊点阵中的位置和固溶度⼤⼩。
已知元素的原⼦半径如下：氢：0.046nm ，氮：0.071nm ，碳：0.077nm ，硼：0.091nm ，α-Fe ：0.124nm ，γ-Fe ：0.126nm 。
三元相图练习.
一、填空 5. 三元相图的成分用 浓度三角形 表示。 6. 四相平衡共晶反应的表达式 L→α+β+γ。 7． 三元相图有如下几类投影图 ①液相面投影图； ②固相面投影图； ③液相面等温线投影图； ④综合投影图
8. .图6是A-B-C三元共晶相图的投影图，在常 温下： 合金I的组织是 α 合金II的组织是 α+βII 合金III的组织是 α+βII+γII
三元相图练习
一、填空 1.三元相图等温截面的三相区都是_直边三角形 __形。 2.图1是A-B-C三元系成分三角形的一部分，其 中X合金的成分是 A20B40C40。
一、填空 3. 图2是三元系某变温截面的一部分，其中水 平线代表__三元共晶__反应，反应式为 ____L→A&#变温截面的一部分，合金凝固 时，L+M＋C将发生 三元共晶（L→M+B+C）反应。
三、判断 6. 三元系固相面等温线投影图可用于确定合金开始凝 固的温度。（√） 7. 三元相图中四相反应类型由与之相连接的四个三相 反应类型决定。（×） 8. 三元系中三相区等温截面都是一个共轭三角形，并 且其顶角与单相区相接。（√ ） 9. 在等温截面两相区内只要合金成分一定，其平衡两 相相对含量可用直线定律确定。（×）
1. 根据3.5%Si变温截面图12写出含1%C的Fe-CSi三元合金在冷却时的相变过程和1100℃时的 组织。
8. 已知三组元A,B,C在液态完全互溶，在固态部分互 溶，不形成任何化合物，其投影图、通过成分三角形A 顶角的变温截面如图所示，其中E1E,E2E,E3E为液相面 交线的投影。 1）合金１在常温下的组织组成物 2）用数学式表达出合金3在常温下相组成物的百分含 量。 3）画出3和5合金冷却曲线，并标明其转变，5合金从 液相到室温的相变过程（要写出有关反应式），画出其 室温组织示意图（可不画次晶），并标明组织组成物。 4）如果要在该三元系中选择一个加工性好，可热处理 的合金，应选在哪些区域合适。 5）若，， 均可成分强化相，分析合金１，２，３， 5合金在热处理中的强化效果的顺序。 6）图中1，2，5合金在常温下凝固后，哪个合金室温 强度最高，哪个合金容易过烧？
《金属学与热处理》(第二版)课后习题参考答案
金属学与热处理第一章习题1.作图表示出立方晶系（1 2 3）、（0 -1 -2）、（4 2 1）等晶面和[-1 0 2]、[-2 1 1]、[3 4 6] 等晶向3.某晶体的原子位于正方晶格的节点上，其晶格常数a=b≠c，c=2/3a。
今有一晶面在X、Y、Z坐标轴上的截距分别是5个原子间距，2个原子间距和3个原子间距，求该晶面的晶面参数。
解：设X方向的截距为5a，Y方向的截距为2a，则Z方向截距为3c=3X2a/3=2a，取截距的倒数，分别为1/5a，1/2a，1/2a化为最小简单整数分别为2,5,5故该晶面的晶面指数为（2 5 5）4.体心立方晶格的晶格常数为a，试求出（1 0 0）、（1 1 0）、（1 1 1）晶面的晶面间距，并指出面间距最大的晶面解：（1 0 0）面间距为a/2，（1 1 0）面间距为√2a/2，（1 1 1）面间距为√3a/3三个晶面晶面中面间距最大的晶面为（1 1 0）7.证明理想密排六方晶胞中的轴比c/a=1.633证明：理想密排六方晶格配位数为12，即晶胞上底面中心原子与其下面的3个位于晶胞内的原子相切，成正四面体，如图所示则OD=c/2，AB=BC=CA=CD=a因△ABC是等边三角形，所以有OC=2/3CE由于(BC)2=(CE)2+(BE)2则有(CD)2=(OC)2+(1/2c)2，即因此c/a=√8/3=1.6338.试证明面心立方晶格的八面体间隙半径为r=0.414R解：面心立方八面体间隙半径r=a/2-√2a/4=0.146a面心立方原子半径R=√2a/4，则a=4R/√2，代入上式有R=0.146X4R/√2=0.414R9.a）设有一刚球模型，球的直径不变，当由面心立方晶格转变为体心立方晶格时，试计算其体积膨胀。
b）经X射线测定，在912℃时γ-Fe的晶格常数为0.3633nm，α-Fe的晶格常数为0.2892nm，当由γ-Fe转化为α-Fe时，求其体积膨胀，并与a）比较，说明其差别的原因。
材料学基础第5章三元相图
材料科学基础
第五章
5.6三元相图小结
材料科学基础
第五章
一、单相状态 f＝3－1＋1＝3，而一个温度变量和两个成分变量之间没有任何
相互制约的关系，因此，不论是等温截面还是变温截面，单相区可能具 有多种多样的形状。 二、两相平衡 立体图：共轭曲面。 成分变化：蝶形规则。 等温图：共轭曲线（可用杠杆定律） 变温截面：判定转变温度范围和相转变过程，不能用杠杆定律。 三、三相平衡 立体图：三棱柱，棱边是三个平衡相单变量线。
二、投影图
材料科学基础
第五章
投影图的作用：合金结晶过程分析、相组成物相对量计算、组织组成 物相对量计算。
图8.17 三元共晶相图的投影区
表8.2 各典型区域合金的凝固组织过程及室温组织
材料科学基础
第五章
区
凝固过程
室温组织
Ⅰ
L→α
α
Ⅱ
L→α ，α→βⅡ
α＋βⅡ
Ⅲ
L→α ，α→βⅡ，α β
α＋βⅡ＋γⅡ
(1)当给定合金在一定温度下处于两相平衡状态时，若其中一相的成分 给定，则根据直线法则，另一相的成分点必位于两已知成分点连线的 延长线上。 (2)如果两个平衡相的成分点已知，则合金的成分点必然位于两平衡相 成分点的连线上，根据两平衡相的成分，可用杠杆定律求出合金的成 分。
5.2.2重心定律
x，y，z分别为α，β，γ成分点，则
材料科学基础
第五章
投影图有两种。一种是把空间相图中所有相区间的交线部投影到浓度 三角形中，借助对立体图空间构造的了解，可以用投影图来分析合 金的冷却和加热过程。另一种是把一系列水平截面中的相界线投影 到浓度三角形中。每一条线上注明相应的温度，这样的投影图叫等 温线投影图。等温线可反映空间相图中各种相界面的变化趋势，等 温线越密，表示这个相面越陡。
三元相图练习题
三元相图练习题三元相图练习题1⼀、在如图所⽰的相图中完成下⾯各个问题。
（25分）1. 直接在给定图中划分副三⾓形；2. 直接在给定图中⽤箭头标出界线上温度下降的⽅向及界线的性质；3. 判断化合物D 和M 的性质；4. 写出各⽆变量点的性质及反应式；5. G 点的析晶路程；6. 组成为H 的液相在完全平衡条件下进⾏冷却，写出结晶结束时各物质的百分含量（⽤线段⽐表⽰）。
解：1、见图；2、见图；3、 D ，⼀致熔融⼆元化合物，⾼温稳定、低温分解；M ，不⼀致熔融三元化合物；4、 E1，单转熔点，M C A L +?+E2，低共熔点，M B C L ++?E3，单转熔点，M B A L +?+E4，过渡点，B A D L +?→←5、6、过H 点做副三⾓形BCM 的两条边CM 、BM 的平⾏线HH 1、HH 2，C%=BH 2/BC ×100%，B%=CH 1/BC ×100%，C%=H 1H 2/BC ×100%1 没有⼼脏我还可以思念你没有下体我还可以燃烧你■■■■■■■■■■■■■张为政整理■■■■■■■■■■■■■勿删■■■■■■■■■■■■■■ L ? A f=2 熔体G L f=3 G[B ，(B)] 1[B,B+(A)] L ?A ＋B f=1 E 3[2,A+B+(M)] L ＋A ?B ＋M f=0 E 3[3,A 消失+B ＋M] L ? B ＋M f=2 E 2[4, B ＋M +(C)] L ?M ＋C ＋B f=0 E 2(L 消失)[G,M+B+C]⼆（20分）下图为CaO-A12O3-SiO2系统的富钙部分相图，对于硅酸盐⽔泥的⽣产有⼀定的参考价值。
试：1、画出有意义的付三⾓形；2、⽤单、双箭头表⽰界线的性质；3、说明F、H、K三个化合物的性质和写出各点的相平衡式；4、写出M熔体的冷却平衡结晶过程；5、为何在缓慢冷却到⽆变量点K（1455℃）时再要急剧冷却到室温？解：⼆1、画出有意义的付三⾓形；（如图所⽰）；（4分）2、⽤单、双箭头表⽰界线的性质；（如图所⽰）；（4分）3、说明F 、H 、K 三个化合物的性质和写出各点的相平衡式；（4分） F 点低共熔点，LF →C 3A+C 12A 7+C 2SH 点单转熔点，LH+CaO →C 3A+C 3SK 点单转熔点，LK+C 3S →C 3A+C 2S4、分析M #熔体的冷却平衡结晶过程并写出相变式；（4分） M 点：5、为何在缓慢冷却到⽆变量点K （1455℃）时再要急剧冷却到室温？（4分）因为缓慢冷却到K 点，可以通过转熔反应L+C2S →C3S 得到尽可能多的C3S 。
三元合金相图
80 70
7. 绘出A / C
60
＝1/4的合金 B% 50
40
30
20
10
10 20 30 40 C% 50 60
70 80 90
A
90 80 70 60 50 40 30 20 10 C
← A%
共轭曲线及直线规则
共轭曲线
共轭连线
固相中高熔点的组元含量通常比液相高。
19
20
平衡结晶过程分析
l1 l2l
10 20 30 40 C% 50 60
30 20
70 80
10
90
IV
A
90 80 70 60 50 40 30 20 10 C
← A%
课堂练习
B
2. 标出
75%A+10%B+15%C 的合金
90 80 70
60 B% 50
40
30
20
10
10 20 30 40 C% 50 60
70 80 90
共线规则（杠杆规则）
6
M（a1 b1 c1) N(a2 b2 c2) P（xyz）
wM a1 wN a2 wP x (wM wN ) x
x
wM wM wN
a1
wN wM wN
a2
y
wM wM wN
b1
wN wM wN
b2
z
wM wM wN
c1
wN wM wN
c2
wMa1 wNa2 (wM wN )x wM xwNx
90
III、IV的成分
80
II点： A%=20% B%=50% C%=30%
70 60 B% 50 40
三元合金相图
三元合金相图工业上使用的各种材料大多数是多元合金。
多元合金相图的测定比较复杂，所得到的相图也很少，应用较多的多元相图是三元相图。
三元合金相图由两个独立的成分变量，再加上温度变量应该用立体图形来表示;由一些空间曲面构成相图。
但是实际所用的三元相图主要是它们的各种截面图或投影图。
本章除了学习一些典型的立体相图以外，着重进行各种截面图或投影图分析。
§3－1 三元相图的基本知识一．浓度的表示方法三元合金有两个组元的浓度是可以独立变化的，成分常用三角形中的一个点来表示，称为浓度三角形。
三个顶点代表三个纯组元，每个边是一个二元合金系的成分轴。
1.等边三角形在★图9－1浓度三角形中的任意一点（例如Ｏ点）均代表一个三元合金。
三个组元的含量按如下规则确定。
过0点作A组元对边平行线交于AＣ或AB边于b、e两点，bC％或Be％分别表示合金0中的含A％；同理可以求出含B％和含C％。
三元合金0的成分：A%＝Cb％= Be％B％＝Ac％ =Cf%C％＝Ba％=Ad%（或1－A%－B％）２．其它三角形当三元合金中各组元含量相差较大时，可以采用其它形式的三角形，否则，合金成分点可能非常靠近一边或某一顶点。
当某一个组元含量远大于其它二组元时，可以采用直角三角形，例如★图9－２直角三角形ABC。
一般把含量最高的组元放在直角位置，两直角边则代表其它两组元的含量。
例如01点所代表的三元合金成分C％＝Ac1％B％＝Ab1%A％＝1－A％－B％当某一个组元含量远小于其它二组元时，可以采用★图9－３等腰三角形。
一般把含量最高的组元放在底边位置，两腰则代表其它两组元的含量。
例如ｘ点所代表的三元合金成分C％＝Ac％B％＝Ab%A％＝Ba％3.成分三角形中两条特殊线浓度三角形中有两条特殊性质的直线（1）过三角形顶点的直线，两个组元浓度之比为定值。
如★图9-4b中CE线上的任意一个三元合金含A%/B%为定值。
(A%/B%=BE/AE)（2）平行于三角形任意一边的直线，一个组元的浓度为定值。
三元合金相图习题
图 26 18．从不同含 Si 量的四个 Fe-Si-C 纵截面（图 27），分析 Si 由 2.3%到 7.9%对含碳量为 1%的合金结晶过程， 结晶温度区间及 1100℃时相组成的影响？如果希望在 1100℃ 得到全部 相，其碳和硅含量应如何控制？
图 27 19. Al-Mg-Si 三元系靠 Al 角的固溶度面投影图如图 28。
1）在图中标出 X 合金（Cu-30%Zn-10%Al）的成分点。2）计算 Cu-Y20%Zn-8%Al 和 Cu-25%Zn-6%Al 合 金中各相的百分含量。3）分析图中 Y 合金的凝固过程。
图 13 5. 如图 14 是 A-B-C 三元系合金凝固时各相区的界面投影图；
1）写出 p’P’，E1P’和 P’E2 单变量线的三相平衡反应式，并在反应式各相的右下角标出相成分的变 化。
图9
7. 三元系固相面等温线投影图可用于确定合金开始凝固的温度。（ ） 8. 三元相图中四相反应类型由与之相连接的四个三相反应类型决定。（ ） 9. 三元系中三相区等温截面都是一个共轭三角形，并且其顶角与单相区相接。（ ） 10. 在等温截面两相区内只要合金成分一定，其平衡两相相对含量可用直线定律确定。（ ） 四、 解释
AL
合金 1 四相平衡反应后______相消失。
AL
B
C
D L和
E 和
2
3
1
图7
6. 某三元系的四相平衡反应水平面如图 8 所示，其反应式为__________。
A L++
B L++
C L++
图8 三、 判断 1. 三元相图中，由三条单变量线的走向可判断四相反应的类型。（ ） 2. 三元系三相平衡时自由度为零。（ ） 3. 三元系变温截面上也可应用杠杆定则确定各相相对含量。（ ） 4. 三元相图仅根据液相面投影图就可以判断合金系凝固过程中所有相平衡关系。（ ） 5. 在三元相图中，只有单折溶解度曲面或双折溶解度曲面投影内的合金才有一个次晶或二个次晶析出。 （） 6. 图 9 是某三元系液相面投影图，图中的三条单变量线，其交点代表三元包晶反应（ ），反应式为 L++( )，离开交点的两单变量线是二元共晶反应时液相的成分变化线。（ ）
材料科学基础-三元相图习题
Mg→ α θ ET
S
P1
Q T
P2
Eu β
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
γ
2013-6-17
1、根据下图，指出成分位于△mEp中(不在边、角处)的合金在 室温下可能有哪几种组织，并画出相应的冷却曲线的示意图。
答案 可能出现的组织： （1）
答案 可能出现的组织： （2）
答案 可能出现的组织： （3）
2、在所示的三元相图的垂直截面中写出三个四相平衡反应的反应 式
成分Ⅱ的合金冷却时首先结晶出Mg5Al8，随后发生L → MnAl3+Mg5Al8的两相共晶(相关的两个相在↓两边)。 合金继续冷却,剩余液相成分达到P 点，经过第一个四相平面，发生L+ MnAl3→MnAl4+ Mg5Al8四相反应，
反应后余下L+MnAl4+ Mg5Al8三相，再冷却经过第 二个四相平面，发生L → Al+MnAl4+Mg5Al8四相反应， 最后进入Al+MnAl4+Mg5Al8 三相区直至室温。
8.8、三元相图分析实例
/course/course/17/build/lesson5_6.htm
例1 Fe-C-Si相图
两个垂直截面，含硅量分别是2.4%和4.8%，不含四相平衡反应
1、Si量升高时，共晶点和g相的含C最大值点左移 2、从图可确定三相平衡反应的类型是共晶型。 (上邻L，下邻γ+C)
作近似连线acb可求相对量。
Fe p363图8.34（a）
2013-6-17
γ
a o
c
α
Cr
练习：图4-41是Fe-C-N系在565℃ 下的等温截面图。 (1) 请填充相区； (2) 写出45号钢氮化时的渗层组织。
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第五章 三元合金相图
1 根据Fe －C －Si 的3.5%Si 变温截面图（5－1），写出含0.8%C 的Fe-C-Si 三元合金在平衡冷却时的相变过程和1100℃时的平衡组织。
图5－1
2 图5－2为Cu-Zn-Al 合金室温下的等温截面和2%Al 的垂直截面图，回答下列问题：
1） 在图中标出X 合金（Cu-30%Zn-10%Al ）的成分点。
2） 计算Cu-20%Zn-8%Al 和 Cu-25%Zn-6%Al 合金中室温下各相的百分含量，其中α相成分点为Cu-22.5%Zn-3.45%Al ，γ相成分点为
Cu-18%Zn-11.5%Al 。
3） 分析图中Y 合金的凝固过程。
Y
％
图5－2
3 如图5－3是A-B-C 三元系合金凝固时各相区，界面的投影图，A 、B 、C 分别形成固溶体α、β、γ。
1） 写出P p ''，P E '1和P E '2单变量线的三相平衡反应式。
2） 写出图中的四相平衡反应式。
3） 说明O 合金凝固平衡凝固所发生的相变。
图5－3 图5－4
4 图5－4为Fe-W-C三元系的液相面投影图。
写出e1→1085℃，P1→1335℃，P2→1380℃单变量线的三相平衡反应和1700℃，1200℃，1085℃的四相平衡反应式。
I，II，III三个合金结晶过程及室温组织，选择一个合金成分其组织只有三元共晶。
5 如图5－5为Fe-Cr-C系含13%Cr的变温截面
１）大致估计2Cr13不锈钢的淬火加热温度（不锈钢含碳量０.２％, 含Cr量13％）
２）指出Cr13模具钢平衡凝固时的凝固过程和室温下的平衡组织（Cr13钢含碳量2%）３）写出（１）区的三相反应及７９５ 时的四相平衡反应式。
图5－5 图5－6
6 如图5－6所示，固态有限溶解的三元共晶相图的浓度三角形上的投影图，试分析IV区及VI区中合金之凝固过程。
写出这个三元相图中四相反应式。
图5－7
7 分析如图5－7所示的三元相图，该合金中E点成分为27Pb18Sn55Bi，γ相成分取100％Bi。
1）指出这个三元系的初晶面，写出四相平衡反应式；
2）分析该三元合金系中1，2，3，4合金平衡结晶过程；
3）要配制一个初晶为γ，具有三元共晶而无二元共晶且γ/三元共晶=0.5的合金，计算该合金的成分。